凸轮柱塞平衡阀 本发明提出一种适用于在电站、锅炉、化工、石化、石油天然气及其它行业中使用的，特别是在高压及超高压、高温、高参数恶劣环境条件下工作的大中通径阀门。
现有阀门种类中有一种角式高压自平衡截止阀，它想使阀瓣在管道介质压力的作用情况下受力自己平衡，阀杆末端插入压力平衡腔直接与柱塞阀瓣相连，柱塞阀瓣为圆柱体形状，外圆上有密封槽，内有密封圈，可在平衡腔缸体内密封滑动，阀杆与柱塞阀瓣同轴线，柱塞阀瓣与管道入口轴线相互垂直，柱塞阀瓣与管道出口同轴线，阀杆上端有螺纹提升机构，用阀杆带动柱塞阀瓣升降来开闭阀门，柱塞阀瓣中心有一通孔连接了柱塞阀瓣两端，阀门开启和关闭期间柱塞阀瓣的阀瓣面和平衡腔内的另一面都受到管道内介质的压力，使柱塞阀瓣的阀瓣一面所受到的压力与平衡腔内的一面受到的压力得到部分抵消，但是它最大的缺点是平衡腔内柱塞阀瓣还连接阀杆，阀杆的截面积造成柱塞阀瓣两端面积之差，故不能完全平衡介质压力，流体介质压力越高，对阀杆造成压力越大，另外，角式截止阀还有两个缺点一是流体流通阻力较大，二是不允许用来调节流体流量和压力。
本发明的目的是提出一种在阀门开启后，阀瓣完全不受管道压力的影响，真正做到柱塞阀瓣轴向零压力平衡的新型平衡阀结构，其柱塞阀瓣的运动轴线与管道轴线一致，故流体流通阻力较小，这种平衡阀即可以作为截断阀使用，也可以用来调节流体流量和压力，另一特点是包括密封副在内的阀芯系统是独立于阀体的，可以拆卸，对维修、更换十分方便。
本发明根据流体力学原理，利用管道内流体自身压力来达到完全平衡阀门阀瓣所承受的管道流体压力，本发明的要点是阀杆6通过凸轮4在柱塞阀瓣3的中部控制柱塞阀瓣3的运动，阀杆6与柱塞阀瓣3之间无刚性连接，各自地运动轴线相互垂直，开启时柱塞阀瓣3的首端面上开有通孔直达柱塞阀瓣3末端到平衡腔，用来使柱塞阀瓣3首端所承受的管道压力传递到柱塞阀瓣3的未端平衡腔内，柱塞阀瓣3全部处于流体中，受力完全平衡，关闭时柱塞阀瓣3在平衡腔内所受压力与主塞阀瓣3的阀瓣面承受的管道压力大致平衡，其所存在的微小压差是设计阀门关闭时阀瓣密封面上所需的比压，所以柱塞阀瓣3基本处于平衡状态，工作时，阀杆6通过位于柱塞阀瓣3中部的凸轮(盘状凸轮、移动凸轮或圆柱凸轮)也可以采用其它方式(如轴拐机构)进行控制，阀杆6带动凸轮4转动，使柱塞阀瓣3在阀芯2内往复轴向运动，达到开关阀门的功能。其目的是这样实现的：它由阀体1、阀芯2、柱塞阀瓣3、凸轮4、阀芯后盖5、阀杆6、密封盒7、手柄8组成。其中由阀芯2、柱塞阀瓣3、凸轮4、阀芯后盖5组成带有压力平衡腔的阀芯系统部件。阀芯2为圆筒状，首端带法兰边，靠近首端阀芯筒内有密封锥面结构，紧靠密封面处铣有六个方窗，当作为截断调节两用阀时，窗口形状和数目可根据阀门工作要求设计成各种形状，靠近方窗相应位置开有凸轮轴孔，柱塞阀瓣3为圆柱体形状，柱塞阀瓣3首端为阀瓣密封锥面，与阀芯2筒内的密封锥面组成一对密封副，柱塞阀瓣3其中部铣有矩形透槽用于安装凸轮4活动，与透槽相垂直位置开有允许凸轮轴相对运动用的滑槽，凸轮4为盘形凸轮是圆饼形状，轴孔偏心，轴孔为六角形或方形，凸轮4放入柱塞阀瓣3中部开的矩形透槽内并可自由转动，柱塞阀瓣3后部的圆柱面上车有若干道密封槽，槽内放置密封圈，将柱塞阀瓣3从阀芯2末端内装入，柱塞阀瓣3首端上的密封锥面与阀芯筒2首端的密封锥面相接触即可起到阀门密封作用，再将阀芯后盖5旋紧密封在阀芯2末端，这样阀芯2、柱塞阀瓣3、凸轮4、阀芯后盖5组成了阀芯系统，其中阀芯2、柱塞阀瓣3、阀芯后盖5构成了压力平衡腔，柱塞阀瓣3的首端面上开有通孔直达柱塞阀瓣3末端到平衡腔，用来使柱塞阀瓣3两端面的所受流体压力相抵消，阀体1为圆筒形状，圆筒两端为法兰盘，用来连接管道系统，阀体1的圆筒中部有轴座用来安装密封盒7，由阀芯2、柱塞阀瓣3、凸轮4、阀芯后盖5组成阀芯系统插入阀体1的流体入口端，连接外管道法兰时阀芯2的法兰边被压紧密封在阀体1的入口上，阀杆6为台阶轴形状，靠近末端凸轮轴部位为六棱体，安装时依次穿过阀体1轴座、阀芯2中部的凸轮轴孔、柱塞阀瓣3上的滑槽、凸轮4上的六角形孔、柱塞阀瓣3另一侧上的滑槽、阀芯筒2中部另一侧的凸轮轴孔，阀杆6上部套装入密封盒7内，密封盒7在阀体1的轴座上密封安装，阀杆6的首端装有手柄8，阀门的开关是这样实现，逆时针转动手柄8，阀杆6转动凸轮4，凸轮4推动柱塞阀瓣3向后运动，柱塞阀瓣3上的阀瓣密封锥面与阀芯2筒内首端的密封锥面相脱离，阀门被打开，柱塞阀瓣3逐渐打开阀芯2上的方窗，介质经阀体1入口端、阀芯2的方窗、阀芯2外壁与阀体1内壁间的环形截面通道后流出阀体1出口端，顺时针转动手柄8，凸轮4推动柱塞阀瓣3向前运动，柱塞阀瓣3封闭方窗，柱塞阀瓣3上的密封锥面与阀芯2首端的密封锥面相接触起阀门密封作用，柱塞阀瓣3末端的密封圈阻止压力平衡腔内的流体外泄，当作为截断调节两用阀使用时，控制柱塞阀瓣3关闭窗口的大小即可起到调节的目的。
本发明可做成截断阀，也可以做成截断调节两用阀，可以用来广泛替代现有在电站、石化、化工、石油行业中使用的高温、高压、大中通径闸阀、截止阀、节流阀和部分调节阀。本发明提出的阀门重量比现有阀门减轻25％以上，可大幅度降低生产阀门的成本造价，由于柱塞阀瓣3做到了轴向零压力平衡，密封面受力状况大为改善，阀门操作轻便，寿命延长，包括密封副的阀芯系统可方便地拆卸维修或更接，降低更新阀门的费用和维修时间，阀芯系统可以设计安装在同轴式、角式、三通式等各种形状的阀体中，当设计为截断调节两用阀时，调节窗口可设计成孔阵式、三角式等各种形状，降低噪音、汽蚀，满足各种工作条件下所需的流量特性曲线，提高了整个工业系统的可靠性和经济效益。本发明结构简单，容易制造，开关力小，操作轻便。
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的仰视图。
图3为本发明实施例2的主视图。
图4为本发明实施例3的主视图
图5为本发明实施例3主视图的A-A剖视图。
图6为本发明实施例4的主视图。
实施例1：如图1、图2所示，为温度小于425℃、介质为蒸气的发电厂用阀门，通径150mm、压力6.4MPa、长度450mm、高度550mm，其中阀芯2、柱塞阀瓣3、凸轮4、阀杆6零件选用了1Cr13、2Cr13、40Cr等不锈钢材料，柱塞阀瓣3与阀芯2的开关密封面均堆焊高强度合金钢焊条547Mo，，并研磨配合起到锥面接触密封作用，阀体1材料35#钢管与法兰盘、轴座焊接后车削加工，阀芯2内装入柱塞阀瓣3后，阀芯2末端与阀芯后盖5之间加石棉密封垫螺纹连接密封，柱塞阀瓣3与阀芯2内壁滑动配合，密封盒7下部为法兰盘结构加石棉密封垫密封固定在阀体1上的轴座面，密封盒7内部与阀杆6之间采用石棉绳密封，为防止凸轮4和阀杆6在非自锁角度下自由转动，还在手柄8和密封盒7间加工了简单的卡锁机构。
实施例2：如图3所示，为通径150mm、压力16.0MPa、温度小于425℃、介质为蒸气的电厂用阀门，阀门长度600mm，高度850mm，与实施例1不同的是它由滑槽板(即移动凸轮)14替换盘形凸轮4驱动柱塞阀瓣3运动，柱塞阀瓣3中部与透槽垂直方向开有轴孔，轴孔里面有螺纹，阀芯2内腔装入柱塞阀瓣3后，用两块窄板插入阀芯2的长槽、柱塞阀瓣3的透槽内，并分别固定在阀芯2的长槽上下前后两端，由于柱塞阀瓣3的矩形透槽长于阀芯2的长槽，故柱塞阀瓣3受两窄板约束不能转动但能自由轴向滑动，阀杆6带有螺纹提升机构，滑槽板14上端开T型槽与阀杆6末端相连接，滑槽板14下端经阀体1上的轴座方孔、阀芯2的长槽，紧密插入两块窄板之间，并能上下滑动，推力销轴9为台阶轴形状末端有螺纹，通过阀体1、阀芯2的安装孔，将推力销轴9插入柱塞阀瓣3的轴孔时，也穿过滑槽板14的滑槽，并固定在柱塞阀瓣3另一侧的螺孔上，阀杆6带动滑槽板14上下运动，推动推力销轴9带动柱塞阀芯3轴向运动开关阀门。
实施例3：如图4、图5所示，为温度小于425℃、介质为蒸气的电厂用阀门，通径200mm、压力16.0MPa、长度750mm，高度750mm，与实施例1不同的是它由圆柱凸轮转筒15替换盘形凸轮4，由阀瓣16、柱塞10替换柱塞阀瓣3，由蜗杆阀杆17替换阀杆6，在阀瓣16和柱塞10的组合之间安排凸轮转筒15工作来驱动阀瓣16运动，阀瓣16的阀瓣为台阶式圆柱体，前部为锥面圆台形阀瓣，中部为较细的圆柱体，中部对称处有两个螺孔(盲孔)，用于安装两个推力销轴9，后部为较细的圆柱体并车有螺纹，阀瓣16的轴线中心开一小径通孔，凸轮转筒15为圆筒形，凸轮转筒15外圆上对称铣有两个切向凸轮透槽，靠近凸轮槽一侧将蜗轮直接加工在转筒15上，转筒15套装在阀瓣16中部圆柱体的外圆上，限位环11为圆环形状，环周有若干螺孔，限位环11套装在阀瓣16中部圆柱体的外圆上紧靠凸轮转筒15，柱塞10为圆柱体，外圆上开密封槽，内装密封圈，中心开螺孔及一小径通孔，螺孔用来密封安装阀瓣16，这样阀瓣16、圆柱凸轮转筒15、限位环11、柱塞10安装为一体，并放入阀芯2内，将阀芯后盖5密封安装在阀芯2末端，蜗杆阀杆17加工为一体，阀芯2中部铣有蜗轮窗口用来使凸轮转筒15上的蜗轮与蜗杆阀杆17相啮合，阀芯2中部对称部位还铣有两个轴向滑槽，将两个推力销轴9分别插入阀芯2的两个轴向滑槽、凸轮转筒15的两个切向凸轮槽，固定在阀瓣16中部两个对称的螺孔上，阀芯2环周有若干台阶孔用来将若干螺钉12拧入限位环11将其固定在阀芯2上，凸轮转筒15向前运动受阀芯2内环状凸台限位，向后运动受限位环11约束不能相对阀芯2作轴向滑动，蜗杆末端轴座加工在阀体1内壁凸台上，工作时，转动手柄8带动阀杆蜗杆17转动，蜗杆17带动蜗轮即凸轮转筒15转动，两个推力销轴9受阀芯2上轴向长槽的约束不能转动，凸轮转筒15的凸轮槽推动推力销轴9带动阀瓣16作轴向滑动实现阀门开关。
实施例4：如图6所示，为通径100mm、压力20.0MPa、温度小于425℃、介质为蒸气的电厂用阀门，阀门长度550mm，高度650mm，与实施例1不同的是它由轴拐13替换凸轮4驱动柱塞阀瓣3运动，阀杆6带有螺纹提升机构和密封盒，轴拐13为直角连杆形状，其中部开有轴孔，可插入短轴，轴拐13的轴座在阀体1上，轴拐13的一端插入柱塞阀瓣3中部的矩形透槽内，轴拐13的另一端加工有T型槽用来与阀杆6相连接，阀杆6末端接触并约束轴拐13的一端上下运动，轴拐13的另一端推动柱塞阀瓣3作轴向运动开关阀门。